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Sehaltanordnung fiir hohe Betriebsstromstärken und Absehaltleistungen.
Um in elektrischen Anlagen mit hohen Betriebsstromstärken und hohen Betriebsspannungen die Leistungsschalter vom Dauerstrom zu entlasten, hat man schon vorgeschlagen, dem Leistungsschalter einen Stromschalter parallel zu schalten, der nur für kleine Abschaltleistung bemessen zu sein braucht. Dieser Stromschalter wird dabei so gesteuert, dass er beim Einschalten nach dem Leistungsschalter, beim Ausschalten dagegen vor ihm geschaltet wird.
Es wird im allgemeinen erforderlich sein, der zum Stromschalter parallelen Leiterschleife, in welcher der Leistungsschalter liegt, einen gewissen Widerstand zu geben, damit der Stromschalter während des Normalbetriebes einen entsprechend grossen Anteil des Gesamtstromes übernimmt. Dieser Widerstand der zum Stromschalter parallelen Leiterschleife bewirkt aber bei der Abschaltung des Kurzschlussstromes, dass der Stromschalter einen sehr grossen Anteil des Kurzschlussstromes zu unterbrechen hat und dass ausserdem auch die Spannung an den Kontakten dieses Schalters nach der Unterbrechung verhältnismässig gross wird.
Unter diesen Umständen kann auf den Stromschalter also eine beträchtliche Abschaltleistung kommen, so dass dieser nicht mehr in der einfachen Konstruktion ausgebildet werden kann, welche die Anwendung dieser Schaltanordnung vorteilhaft macht.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird nach der Erfindung die zum Stromschalter parallele Leiterschleife mit einer Drosseleinrichtung ausgerüstet, deren induktiver Widerstand durch Bemessung oder Steuerung ihres Induktionsflusses beim Schalten unter Kurzschluss stark vermindert wird. Hiedurch ist erreicht, dass einerseits bei der Kurzschlussabschaltung der Stromschalter durch eine Leiterschleife von sehr geringem Widerstand kurzgeschlossen ist, also seine Abschaltung sehr erleichtert ist, anderseits kann aber durch richtige Bemessung der Drosseleinrichtung für den Normalbetrieb die richtige Stromverteilung auf die beiden Schalter, welche dem Verhältnis ihrer Nennstromstärken entsprechen muss, hergestellt werden.
Zweckmässig wird man mit der Verminderung des induktiven Widerstandes der Drosseleinrichtung in der parallelen Leiterschleife so weit gehen, dass die Spannung, welche beim Öffnen des Stromschalters unter Kurzschluss an seinen Kontakten entsteht, unterhalb der Lichtbogenminimalspannung liegt, d. h. geringer ist als 30 Volt. Dann wird ein Wechselstromlichtbogen ohne Zuhilfenahme jedweder Löscheinrichtung von selbst erlöschen.
Für die Verminderung des induktiven Widerstandes der Drosseleinrichtung lassen sich die Sättigungserscheinungen in einem ferromagnetischen Drosselkörper ausnutzen. Man kann zu diesem Zweck einen ferromagnetischen Drosselkörper von solcher Bemessung anordnen, dass seine magnetische Sättigung weit unterhalb des Kurzschlussstromes das Sättigungsknie erreicht.
Man kann auch den Induktionsfluss in der Drosseleinrichtung unter Zuhilfenahme von sekundären Wicklungen steuern, indem man etwa zwei mit Sekundärwicklungen ausgerüstete Drosseln verwendet, von welchen die eine in der Leiterschleife des Leistungsschalters. die andere in der Leiterschleife des Stromschalters angeordnet wird und deren Sekundärwicklungen so bemessen und geschaltet sind, dass sich bei Normalbelastung ihre Induktionsspannungen das Gleichgewicht halten.
Nach der Unterbrechung des Stromes durch den Stromschalter fällt dann die Gegenspannung für die Sekundärwicklung der im Leistungsschalterstromkreis ange-
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ordneten Drossel weg, so dass ihre Sekundärwicklung plötzlich den vollen Kurzschlussstrom führt und dadurch den induktiven Widerstand in dieser Leiterschleife vermindert.
Wenn der Widerstand in der zum Stromschalter parallelen Leiterschleife von Haus aus zu gross ist, um die richtige Stromverteilung bei der Normalbelastung herbeizuführen, dann muss eine zusätzliche Drossel im Stromkreis des Stromschalters angewendet werden. Man wählt diese zusätzliche Drossel so gross, dass sie sich bei Kurzschluss nicht sättigt und bei Normalstrom den Widerstand der sich sättigenden Drossel im Leistungsschalterstromzweig ausgleicht
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durchfliesst.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Fall, dass der Stromzweig 11 des Leistungsschalters L, der geradlinig verläuft, den kleineren, der Stromzweig 12 des Stromschalters S dagegen, welcher eine Schleife bildet, den grösseren induktiven Widerstand besitzt. In diesem Fall würde sich also ohne besondere Massnahme der Stromschalter im Normalbetrieb nicht entsprechend belasten. Beispielsweise soll bei 4000 Amp. Gesamtstrom eine solche Stromverteilung erreicht werden, dass der Strom 11 durch den Leistungsschalter L 1000 Amp., der Strom 12 durch den Stromschalter S dagegen 3000 Amp. beträgt. Man muss dann das Drosseleisen D um den Leiter 11. welcher zum Leistungschalter führt, anordnen.
Dieses Drosseleisen verstärkt das Magnetfeld um den Leiter und dadurch vergrössert sich der induktive Widerstand dieses Leiters soweit als erforderlich ist. um das richtige Widerstandsverhältnis bei Normalbetrieb und daher die richtige Stromverteilung auf die beiden Schalter herzustellen. Das Drosseleisen D ist dabei erfindungsgemäss ungefähr bis zum Knie seiner Magnetisierungscharakteristik gesättigt. Tritt nun der Kurzschlussstrom auf, der etwa den zehnfachen Betrag des Normalstromes hat, also 40.000 Amp., dann vermindert sich infolge der Sättigung des Drosseleisens der induktive Widerstand des Leiters 11 sehr stark, das Verhältnis der Widerstände 11 ; 12 beträgt dann nicht mehr 3 : 1, sondern beispielsweise 2 : 1.
Hiedurch wird einerseits der Stromschalter S von Strom entlastet, anderseits wird der Spannungsabfall im Leiter 11, der beim Öffnen des Schalters S durch den gesamten, nach dem Leiter 11 gedrängten Kurzschlussstrom hervorgerufen wird, vermindert. Der Schalter S wird daher unter einem kleineren Strom geöffnet und der Lichtbogen erlischt rasch, weil die wiederkehrende Spannung an den Schalterelektroden von S sehr gering ist.
Nachdem der Strom im Leiter 12 durch den Stromschalter S unterbrochen wurde, öffnet der Leistungsschalter L und unterbricht den ganzen Kurzschlussstrom unter der vollen Betriebsspannung von beispielsweise 6 kV. Durch die Schaltungsanordnung ist also der Vorteil erreicht, dass für den Leistungsschalter trotz des hohen Dauerstroms der Anlage ein normaler typenmässiger 1000 Amp.-Schalter angewendet werden kann, wobei der ihn ergänzende Stromschalter zufolge der fast leistungslosen Unterbrechung ein Schalter sehr einfacher, billiger Bauart sein kann.
Fig. 2 zeigt den Fall, dass die Stromschleife 12 des Stromschalters den kleineren, die Stromschleife 11 des Leistungsschalters dagegen den grösseren induktiven Widerstand hat. Hier kann der Fall eintreten, dass das Verhältnis der Widerstände der beiden Stromzweig gerade das für die richtige Stromverteilung erforderliche ist ; beispielsweise kann sich bei 4000 Amp. Gesamtstrom der Widerstand der Stromschleife 11 zu dem Widerstand der Stromscheife 12 wie 3 : 1 verhalten, so dass der Leistungsschalter 1000 Amp., der Stromschalter 3000 Amp. führt, was ihren Nennströmen entsprechen möge. Man hätte dann ohne Anwendung von Drosseleinrichtungen im Kurzschlussfall das gleiche Widerstandsverhältnis, also die gleiche Stromverteilung. Bei 40.000 Amp.
Kurzschlussstrom würden also auf den Stromschalter allein 30.000 Amp. entfallen, was für die Abschaltung dieses Schalters sehr ungünstig wäre. Um den Abschaltstrom für diesen Schalter zu verkleinern, muss man den Widerstand der parallelen Stromschleife 11 veränderlich machen, u. zw. derart, dass er sich im Kurzschlussfall auf einen entsprechend geringen Wert vermindert, um einen entsprechend grossen Anteil des Kurzschlussstromes zu übernehmen. Wird jedoch zu diesem Zwecke in dem Stromkreis 11 allein eine Drossel D1 angeordnet, deren Sättigung so wie im Fall Fig.
1 beim Normalstrom in der Nähe des Sättignngsknies liegt, dann wird durch ihre Wirkung im Normalbetrieb der Widerstand der Schleife 11 zu gross, so dass auf dem Leistungschalter 11 nicht der seiner Nennleistung entsprechende Strom entfiele und der Stromschalter S überlastet würde. Um den Einfluss der Drossel D1 auszugleichen, wird daher in dem Stromkreis 12 eine zweite Drossel D2 angeordnet. Diese ist so bemessen, dass sie sich bei Kurzschluss nicht sättigt. Der Widerstand der Drossel D2 wird also konstant bleiben, während sich der Widerstand der Drossel D1 bei Kurzschluss sehr stark verkleinert.
Dadurch wird bewirkt, dass ein grosser Anteil des Kurzschlussstromes von der parallelen Leiterschleife 11 übernommen wird.
Die Verhältnisse bei der Anordnung nach Fig. liegen jedoch meistens so, dass der Widerstand der Stromschleife 11 des Leistungsschalters im Verhältnis zum Widerstand des Leiters 12 zu gross ist, um die richtige Stromverteilung im Normalbetrieb herbeizuführen. Man muss dann die Drossel D2 auch aus dem Grund anwenden, um eine Belastung des Leistung-
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grösser bemessen.
Nach Fig. 3 werden zwei Drosseleisen D3 und D4 verwendet, welche Sekundärwicklungen W3 und W4 tragen. Die Windungszahlen dieser Sekundärwicklungen sind so gewählt, dass die
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Norll1alstrom erzeugt werden, gleich gross sind. Die Wicklungen 1V3 und W4 werden dann derart gegeneinander geschaltet, dass sich die Induktionsspannungen im Normalbetrieb das Gleichgewicht halten.
Wenn bei der Abschaltung des Kurzschlusses der Stromschalter S geöffnet hat, wobei der Leistungsschalter L noch geschlossen ist, verschwindet die Sekundärspannung in der Wicklung Zu Mithin wird die Wicklung W3 sofort von dem vollen Kurzschlussstrom durchflossen, der dem Magnetisierungsiluss, welcher von der Leitung 71 erzeugt wird. entspricht.
Der Magnetisiemngsfluss wird hiebei durch die Gegenwirkung der Sekundär-Amperewindungen in bekannter Weise aus dem Drosseleisen D3 herausgedrängt, wodurch sich der induktive Widerstand der Leiterschleife 71 bedeutend verkleinert. Es wird also mit dem Öffnen des Stromschalters S sofort entsprechend dem gesunkenen Widerstand der Leiterschleife 71 der Spannungsabfall in dieser Leiterschleife und somit auch die Öfhungsspannung am Schalter S vermindert.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltanordnung für hohe Betriebsstromstärken und Abschaltleistungen mit einem
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dadurch gekennzeichnet. dass die zum Stromschalter parallele Leiterschleife mit einer Drosseleinrichtung ausgerüstet ist, deren induktiver Widerstand durch entsprechende Bemessung oder Steuerung ihres Induktionsflusses beim Schalten unter Kurzschluss stark vermindert wird.